模糊逻辑工具箱ppt课件.ppt

5个基本GUI工具与模糊推理系统之间的关系,FIS editor,Fuzzy Inference System,Membership Function editor,Rule editor,Rule viewer,Surface viewer,Read-only tools,FIS 编辑器处理系统的高级属性：输入/输出量的数目、名字。,隶属度函数编辑器定义与每个变量相对应的隶属度函数形状。,规则编辑器定义系统行为的一系列规则。,规则观察器显示模糊推理方框图，可作为诊断工具使用。,显示输出输入之间的依赖关系，可生成和绘制输出曲面映射。,5个基本GUI可以相互作用并交换信息，它们中的任何一个（包括只读型观察器）都可以对工作空间和磁盘进行读和写。对于任意模糊推理系统，可以打开任意和所有5个GUI。各种GUI窗口可以知道其它GUI窗口的存在，如果需要的话，将更新相关窗口。,GUI构造FIS的过程,INPUT OUTPUT,Rules,INPUT OUTPUT terms terms,The FIS Editor,The Rule Editor,The Membership Function Editor,The General Case,The GUI Editor,GUI构造FIS的过程,例4.1 双输入、单输出小费问题。小费三条规则：1.如果服务差或食品差，那么小费低；2.如果服务好，那么小费中等；3.如果服务极好或食品极好，那么小费高。设服务质量和食品质量都用010之间的一个数表示，10表示非常好，试建立一个模糊逻辑推理系统，可根据输入状态计算出应付多少小费。,GUI构造FIS的过程,INPUT OUTPUT,Rules,INPUT OUTPUT terms terms,service tip,if service is poor then tip is cheapif service is good then tip is averageif service is excellent then tip is generous,service tip(poor,(cheap,good,average,excellent)generous),The General Case,The Specific Example,从GUI工具输入输出,在MATLAB中，模糊系统有两种保存方式：保存到磁盘中，文件后缀名为“.fis”;保存到MATLAB工作空间中，创建一个变量，该变量是一个FIS系统的MATLAB结构，变量名由用户决定。注意：如果只将新建的FIS保存到MATLAB工作空间中，而没有保存到磁盘中，那么在新的MATLAB会话期间，将无法使用该FIS系统。,从GUI工具输入输出,从GUI工具输入输出,FIS结构,FIS：nametypeandMethodorMethoddefuzzMethodimpMethodaggMethod,FIS层次结构方框图,一、新建/打开模糊推理系统的方法,1.在command window中输入命令行：fuzzy 弹出MATLAB默认的FIS编辑器，是一个单输入单输出系统。以此为基础可根据用户需要，新建任意模糊推理系统。2.若需要打开已有的模糊推理系统“tipper.fis”，在command window中输入命令行：fuzzy tipper,FIS编辑器,二、FIS编辑器窗口功能介绍,FIS编辑器,FIS编辑器,二、FIS编辑器窗口功能介绍,FIS编辑器,二、FIS编辑器窗口功能介绍,FIS编辑器,二、FIS编辑器窗口功能介绍,FIS编辑器,二、FIS编辑器窗口功能介绍,FIS编辑器,二、FIS编辑器窗口功能介绍,FIS编辑器,二、FIS编辑器窗口功能介绍,FIS编辑器,二、FIS编辑器窗口功能介绍,三、构造双输入单输出系统增加输入变量,FIS编辑器,FIS编辑器,三、构造双输入单输出系统增加输入变量,三、构造双输入单输出系统变量名称更名,单击输入变量图标 图标从黑边黄框，变为红边黄框 空白编辑域与该输入变量相对应,FIS编辑器,FIS编辑器,三、构造双输入单输出系统变量名称更名,FIS编辑器,三、构造双输入单输出系统保存设置,FIS编辑器,三、构造双输入单输出系统保存设置,FIS编辑器,三、构造双输入单输出系统,隶属函数编辑器：一、打开隶属函数编辑器的方法 二、模糊逻辑工具箱内置的隶属度函数 三、隶属函数编辑器窗口功能介绍 四、新建当前变量的隶属函数 五、修改当前变量的隶属函数 六、新建自己的隶属函数,一、打开隶属度函数编辑器的方法,在FIS编辑器窗口，打开Edit下拉菜单，并选择 Membership Functions双击输出变量图标在命令行键入mfedit,隶属度函数编辑器,二、模糊逻辑工具箱内置的隶属度函数,隶属度函数编辑器,模糊逻辑工具箱中包含了11个内置的隶属度函数类型，这11个函数又由几个基函数构成：分段线性函数、高斯分布函数、S形函数、二次和三次多项式曲线。按MATLAB惯例，所有隶属度函数的最后两个字母都是“mf”。详见P197“附录1 模糊逻辑工具箱函数简介”,三、隶属度函数编辑器窗口功能介绍,隶属度函数编辑器,三、隶属度函数编辑器窗口功能介绍,隶属度函数编辑器,三、隶属度函数编辑器窗口功能介绍,隶属度函数编辑器,四、新建当前变量的隶属函数,隶属度函数编辑器,四、新建当前变量的隶属函数,隶属度函数编辑器,四、新建当前变量的隶属函数,隶属度函数编辑器,四、新建当前变量的隶属函数,隶属度函数编辑器,五、修改当前变量的隶属函数,用鼠标拖动可改变隶属度函数形状,隶属度函数编辑器,六、新建自己的隶属函数,隶属度函数编辑器,六、新建自己的隶属函数,隶属度函数编辑器,用户根据需要，用M文件编写自己的隶属度函数代码，并用与11个内置隶属函数不同的名称命名。注意：用户定义隶属度函数时，使用的参数不能超过16个。,规则编辑器 一、打开规则编辑器的方法 二、规则编辑器窗口功能介绍 三、规则的插入、改变与删除,一、打开规则编辑器的方法,在隶属度函数编辑器窗口，打开Edit下拉菜单，并选择Edit Rules在命令行键入ruleedit,规则编辑器,二、规则编辑器窗口功能介绍,规则编辑器,二、规则编辑器窗口功能介绍,规则编辑器,二、规则编辑器窗口功能介绍,规则编辑器,二、规则编辑器窗口功能介绍,规则编辑器,详述格式:if(service is poor)or(food is rancid)then(tip is cheap)符号格式:(service=poor)=(tip=cheap)索引格式:1(1):1,二、规则编辑器窗口功能介绍,规则编辑器,三、规则的插入、改变与删除,规则编辑器,规则观察器 一、打开规则观察器的方法 二、规则观察器窗口功能介绍,一、打开规则观察器的方法,在FIS编辑器、或隶属函数编辑器、或规则编辑器窗口，打开View下拉菜单，并选择Rules,规则观察器,二、规则观察器窗口功能介绍,规则观察器,二、规则观察器窗口功能介绍,规则观察器,二、规则观察器窗口功能介绍,规则观察器,二、规则观察器窗口功能介绍,规则观察器,二、规则观察器窗口功能介绍,规则观察器,二、规则观察器窗口功能介绍,规则观察器,曲面观察器 一、打开曲面观察器的方法 二、曲面观察器窗口功能介绍,一、打开曲面观察器的方法,在FIS编辑器、或隶属函数编辑器、或规则编辑器窗口，打开View下拉菜单，并选择Surface,曲面观察器,曲面观察器,二、曲面观察器窗口功能介绍,曲面观察器,二、曲面观察器窗口功能介绍,曲面观察器,二、曲面观察器窗口功能介绍,曲面观察器,二、曲面观察器窗口功能介绍,命令行工作方式 一、装入系统 二、获得系统的结构信息 三、修改系统的结构信息 四、产生GUI工具窗口的函数 五、系统显示函数 六、建立一个系统 七、FIS求值,相关的命令行详见P197“附录1.3”,一、装入系统,命令行工作方式,在commond window中输入命令行：a=readfis(tipperdemo.fis),a=name:tipperdemo type:mamdani andMethod:min orMethod:max defuzzMethod:centroid impMethod:min aggMethod:max input:1x2 struct output:1x1 struct rule:1x3 struct,二、获得系统的结构信息getfis(a),命令行工作方式,注意：a是已存在于MATLAB工作空间中的变量，利用readfis()函数获得，是一个FIS结构。,Name=tipperdemo Type=mamdani NumInputs=2 InLabels=service food NumOutputs=1 OutLabels=tip NumRules=3 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid,ans=mamdani,a.type,二、获得系统的结构信息showfis(a),命令行工作方式,1.Name tipper2.Type mamdani3.Inputs/Outputs 2 14.NumInputMFs 3 25.NumOutputMFs 36.NumRules 37.AndMethod min8.OrMethod max9.ImpMethod min10.AggMethod max11.DefuzzMethod centroid12.InLabels service13.food 14.OutLabels tip15.InRange 0 1016.0 1017.OutRange 0 3018.InMFLabels poor 19.good 20.excellentrancid 22.delicious,23.OutMFLabels cheap 24.average 25.generous26.InMFTypes gaussmf27.gaussmf28.gaussmf29.trapmf 30.trapmf 31.OutMFTypes trimf32.trimf33.trimf34.InMFParams 1.5 0 0 0 35.1.5 5 0 0 36.1.5 10 0 037.0 0 1 3 38.7 9 10 10 39.OutMFParams 0 5 10 0 40.10 15 20 041.20 25 30 042.Rule Antecedent 1 143.2 0,三、修改系统的结构信息,命令行工作方式,a=name:tipperdemo type:mamdani andMethod:min orMethod:max defuzzMethod:centroid impMethod:min aggMethod:max input:1x2 struct output:1x1 struct rule:1x3 struct,1)a.name=test2)a=setfis(a,name,test),四、产生GUI工具窗口的函数,命令行工作方式,fuzzy(a)产生FIS编辑器mfedit(a)产生隶属度函数编辑器ruleedit(a)产生规则编辑器ruleview(a)产生规则观察器surfview(a)产生曲面观察器,五、系统显示函数plotfis(a),命令行工作方式,用方框图显示整个系统,五、系统显示函数plotmf(a,input,1),命令行工作方式,五、系统显示函数plotmf(a,output,1),命令行工作方式,五、系统显示函数gensurf(a),命令行工作方式,六、建立一个系统方法一,a=newfis(tipper);a.input(1).name=service;a.input(1).range=0,10;a.input(1).mf(1).name=poor;a.input(1).mf(1).type=gaussmf;a.input(1).mf(1).params=1.5 0;.a.output(1).name=tip;.,建立新的名为“tipper”的模糊逻辑系统,建立新的名为“service”的输入变量,指定输入变量“service”的取值范围,为输入变量“service”，建立新的名为“poor”的隶属度函数,指定隶属度函数“poor”的类型,指定隶属度函数“poor”的参数,建立新的名为“tip”的输出变量,命令行工作方式,a.rule(1).antecedent=1 1;a.rule(1).consequent=1;a.rule(1).weight=1;a.rule(1).connection=2;.,规则1采用两个输入变量的第一个隶属度函数：poor、rancid,规则1的输出,规则1的权为1,规则1对两个输入条件采用“or”操作,六、建立一个系统方法一,命令行工作方式,a=newfis(tipper);a=addvar(a,input,1,service,0,10);a=addmf(a,input,1,poor,gaussmf,1.5 0);.a=addvar(a,output,1,tip,0,30);a=addmf(a,output,1,cheep,trimf,0 5 10);.rulelist=1 1 1 1 2 2 0 2 1 1 3 2 3 1 2;a=addrule(a,rulelist);,六、建立一个系统方法二,命令行工作方式,七、FIS求值evalfis(),命令行工作方式,1)求给定一个输入的输出值 a=readfis(tipper);evalfis(1 2,a),运行结果：ans=5.5586,2)求给定多个输入的输出值 a=readfis(tipper);evalfis(3 5;2 7,a),运行结果：ans=12.2184 7.7885,应用实例模糊控制洗衣机,1.选择模糊控制参数 模糊控制洗衣机的控制对象是洗衣机的洗涤时间；假定输入是被洗衣物的污泥和油脂，输出是洗涤时间。输入/输出参数分别定义如下：污泥SD(污泥少)，MD(中等污泥)，LD(污泥多)油脂NG(无油脂)，MG(中等油脂)，LG(油脂多)洗涤时间VS(很短)，S(短)，M(中等)，L(长)，VL(很长)设污泥和油脂的论域范围为：0，100；洗涤时间的论域范围为：0，60。,应用实例模糊控制洗衣机,隶属函数的解析式表示如下：,应用实例模糊控制洗衣机,应用实例模糊控制洗衣机,2.设计控制规则 洗衣机的洗涤规则如下表所示：,应用实例模糊控制洗衣机,3.规则评估 假定传感器给出的精确输入为：x0(污泥)=60，y0(油脂)=70,与模糊术语进行匹配，将精确量模糊化：,根据洗涤规则，洗衣机的推导决策表可简化为：,应用实例模糊控制洗衣机,4.消解冲突 有4个规则被触发：Rule1：IF x is MD and y is MG THEN z is M；Rule2：IF x is MD and y is LG THEN z is L；Rule3：IF x is LD and y is MG THEN z is L；Rule4：IF x is LD and y is LG THEN z is VL；,计算4个规则的规则强度：,应用实例模糊控制洗衣机,洗衣机的规则强度表示为：,将推导强度表和规则强度表中对应的元素求小运算，得到控制输出：,应用实例模糊控制洗衣机,由于规则2的输出被包含在规则3的输出中，所以洗衣机的组合输出实际上是三个削顶三角模糊数的并。用最大隶属度平均法，对模糊输出结果反模糊化：,实验课习题：,根据4.8的分析，试用模糊逻辑工具箱建立模糊控制洗衣机的模糊推理系统。,